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04/10/2011 1 ARM A BOUAYAD A. BOUAYAD Classes des matériaux y Métaux et alliage

04/10/2011 1 ARM A BOUAYAD A. BOUAYAD Classes des matériaux y Métaux et alliages métalliques y Céramiques et verres y Plastiques y composites 04/10/2011 2 Métaux et alliages métalliques y Alliages à base de fer Alliages à base de fer y Alliages d’aluminium y Alliages de cuivre y Alliages de zinc y Alliages de Magnésium y Alliages de titane y Alliages de titane y Alliages de Nickel y Alliages de Plomb y … Alliages à base de fer y Élément principal est le fer p p y Éléments d’alliages : C, Si, Cr, Ni, Mo, V,… y 90 % de la production mondiale des alliages métalliques y Principales caractéristiques y Se prêtent pour la production en masse y Bon marché y Peuvent acquérir des formes très diverses (t.th, additions,…) q ( , , ) y Caractéristiques mécaniques intéressantes (E, Re,…) y Deux grandes familles : y Aciers y Fontes 04/10/2011 3 Aciers y Pas concernés par la transformation eutectique p q % de C < ~2% y Catégories : y Aciers d’usage général y Aciers de traitement thermique y Aciers à outils y Aciers inoxydables y Acier : alliage ductile (changement de forme par extension ou compression à chaud ou froid : formage) y L’acier prend la trempe y Défaut majeur des aciers ordinaires : corrodabilité Aciers d’usage général yAciers ordinaires yAciers ordinaires y Définis pour leurs propriétés mécaniques y % c < 0.2 % : aciers ductiles y Rm=~ 500 MPa, Re=~ 300 MPa, A=~ 25% y Produits sous forme de : y profilés (produits longs : ronds, T, U, rails, câbles, ) profilés (produits longs : ronds, T, U, rails, câbles,.. ) y produits plats (tôles, plaques,…) y Exemples : EN S235 (ancien E24) ou EN E335 (ancien A60‐2) 04/10/2011 4 Aciers d’usage général yAciers au carbone non alliés yAciers au carbone non alliés y Composition plus précise et ouverts aux traitements thermiques y Exemple : EN C25E (ancien XC25) y Aciers pour cémentation y Aciers pour traitement thermique p q y Aciers HLE (micro alliés à haute limite élastique HSLA) y Aciers à très haute résistance et à très bas carbone (ULCB : ultra low carbon bainite) Aciers faiblement alliés y Aucun élément n’atteint 5% Aucun élément natteint 5% y Rôle des éléments d’alliage : y Augmenter la résistance mécanique y La limite élastique y La profondeur de trempe y La résistance à l’usure , aux chocs,… , , y Exemple : EN 36CrNiMo16 (anc. 35 NCD 16) y Prix accessible, matériaux de choix pour la construction mécanique 04/10/2011 5 Aciers faiblement alliés y La plupart des aciers à outils : y La plupart des aciers à outils : y Aciers à outils au carbone non alliés pour travail à froid (%C entre 0.5 et 1.4, classe 1) y Aciers à outils faiblement alliés pour travail à froid (1%C, apport de Cr, V, W, augmentation de la résistance à l’usure, prof de trempe classe 2) prof.de trempe, classe 2) y Aciers à outils faiblement alliés pour travail à chaud (0,4 %C, apport Mo, Ni pour résistance à l’usure à chaud, fatigue thermique,…, classe 3) Aciers alliés y % d’élément d’alliage > 5 % % délément d alliage > 5 % y Coût et performances élevées y Catégories : y Aciers à outils alliés y Aciers maraging y Aciers inoxydables y y Aciers réfractaires y Aciers au manganèse 04/10/2011 6 Aciers à outils alliés y Pour la travail à froid (classe 2) Pour la travail à froid (classe 2) y Pour le travail à chaud (classe 3) y Aciers rapides (ARS) pour usinage, formage, filage à froid, classe 4, dureté à froid dépassant 60 HRc y Dureté et ténacité haute même à chaud y Addition de W, Mo, V (éléments carburigènes) associés ( g ) au Cr ou au Co y Élaboration et traitements thermomécaniques et superficiels complexes y Aciers maraging y Martensite – aging g g y Contiennent 18 % Ni, quelques % de Co et de Mo, très peu de C (0,02 %) et un peu de Ti et Al y Après une trempe martensitique (à l’air) depuis l’état austénitique, le matériau présente une limite élastique et une ductilité moyennes y Un revenu durcit la martensite par précipitation de composés intermétalliques d l l b de type Ni3Mo, Ni3Ti ou NiAl, mais la ténacité reste bonne y Exemple : EN X2Ni18Co8Mo5TiAl (ancien Z2NKDT 18‐8,5) : y à l’état trempé : Re = 810 MPa, A = 17 % ; y à l’état trempé et revenu : Re = 1950 MPa, A = 9 %, 04/10/2011 7 Aciers inoxydables y Résistance à la corrosion aux températures basses et ili l i if moyennes en milieu plus au moins agressif y Élément pilote Cr > 12 % y Film de passivation à la surface :élément alphagène et carburigène y Associé souvent au Ni : gammagène et non carburigène y Catégories : y Inox ferritiques Inox ferritiques y Inox martensitiques y Inox austénitiques : C’est le domaine de l’acier inox de référence X2CrNi18‐10, (ancienZ2 CN18‐10). y Inox austénoferritiques Aciers réfractaires y Aciers inoxydables résistant à l’oxydation à haute température 800 à 1000 °C en atmosphère oxydante ou un peu moins en atmosphère réductrice y Bonne résistance au fluage y Élément d’addition principal Cr 04/10/2011 8 Aciers au Manganèse y Le prototype est l’acier Hadfield, avec 12 % Mn, 1 % C Le prototype est l acier Hadfield, avec 12 % Mn, 1 % C et 0,5 % Si. y Cet acier prend par trempe depuis 1 000 °C une structure austénitique métastable. Il présente un durcissement superficiel exceptionnel par choc (transformation de l’austénite en martensite) et té ité bl une ténacité remarquable. y Sa difficulté d’usinage est contournée par des procédés de moulage, pour obtenir des pièces résistant à l’usure Aciers moulés y Aciers non alliés, faiblement alliés , alliés, au Mn y Obtention de formes complexes par moulage y Mais pas favorables aux caractéristiques mécaniques y D’où traitement thermiques supplémentaires 04/10/2011 9 Fontes y Concernées par la p transformation eutectique y Soit γ + graphite (stable) y Soit γ + Fe3C (métastable) y La compétition est réglée : P l i d y Par la vitesse de refroidissement y Par les éléments grahitisant ou non 04/10/2011 10 Fontes y C té i y Catégories : y Fontes blanches y Fontes grises y Fontes grises lamellaires (FGL) g ( ) y Fontes à graphite sphéroïdal (FGS) y Fontes à graphite vermiculaire (FGV) y Fontes malléables (à coeur blanc, à coeur noir) Fontes blanches y La phase riche en Carbone est la p cémentite y Exemple : FBCr12MoNi : y Pas de possibilité de déformation à froid, sa tenue au choc est faible, mais sa résistance à l’usure est bonne est bonne. y C’est un matériau difficile à usiner. La résistance mécanique est de l’ordre de 250 à 500 MPa en traction, et la dureté HB de 400 à 600. 04/10/2011 11 Fontes grises y Phase riche en carbone est la graphite Phase riche en carbone est la graphite y La morphologie du graphite détermine le type de fonte et les leurs propriétés y Lamelles : FGL y Sphères : FGS y Nodules : FM y Vermicules :FGV y Rôle des éléments d’addition y Propriétés mécaniques découlent de la microsctructure Fontes grises y Le graphite : y Faibles caractéristiques mécaniques y Faible densité y Eﬀet d’entaille (lamellaire ≠ sphéroïdal) : sensibilité à la fissuration y Capacité d’amortissement intéressante (utilisation dans les bâtis de machines) y Fontes grises à matrice ferritique y Fontes grises à matrice perlitique : plus résistante y Faiblement alliées, les fontes grises ont des propriétés mécaniques améliorées. y Fortement alliées, les fontes grises se « spécialisent » : résistance à la corrosion, en haute température, aux chocs thermiques... 04/10/2011 12 Fontes à graphite lamellaire y Les plus économiques et p q les plus utilisées y ont une ductilité faible (A < 1 %) et une résistance mécanique médiocre en traction (Rm = 150 à 300 MPa). y En revanche, elles résistent très bien en compression (Rm = 600 à 1200 MPa). Leur usinabilité est bonne. Fontes à graphite sphéroïdal y bénéficient de la réduction de l’ ff d’ ill l d l d l’effet d’entaille sur les nodules de graphite. y La matrice perlitique est plus résistante en traction (Rm = 600 à 800 MPa) et peu ductile (A = 1 à 5 %). y La matrice ferritique est un peu moins résistante (Rm = 450 à 500 MPa) pour une ductilité élevée (A = 18 à %) à 25 %). y Ces structures sont obtenues par des traitements thermiques appropriés. y Les éléments d’alliage ajoutent, à leur caractère alpha‐ ou gammagène une action graphitisante (Cu, Ni, Al...) ou antigraphitisante (Cr, Mo, Mn...). 04/10/2011 13 Fontes GCV : graphite compact vermiculaire y Fonte GS « ratée » y Caractéristique y Caractéristique mécaniques : y GL<<GCV<<GS y Caractéristiques thermiques : y GS<<GCV<<GL GS<<GCV<<GL y Application : tambour de frein,… Désignation normalisée des fontes 04/10/2011 14 Alliages d’aluminium y uploads/s3/ metaux.pdf